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1、震動(dòng)沉井 在預(yù)制的薄壁長(zhǎng)段井筒上部裝有井帽,在其上安置震動(dòng)機(jī),帶動(dòng)井筒震動(dòng),加大井筒的下沉力,并促使井壁四周土壤液化,減少沉井周邊的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建橋工程使用的震動(dòng)管柱法移植而來,自1958年起,在中國淮北礦區(qū)用該法相繼建成了十多個(gè)井筒,優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化程度高,成井速度快,成本低。由于震動(dòng)機(jī)的加載有一定限度,在遇到礫卵石層時(shí),井壁容易斷裂,且地面及井筒周圍受震動(dòng)影響,適用條件受到限制。 壓水沉井 加載沉井的另一種形式,在沉井刃腳上增設(shè)傘形鋼結(jié)構(gòu)底罩,把井筒和刃腳隔開,傘上灌水,增加荷載。傘下作為破土排渣的空間,破土使用五組裝在刃腳四周斜面處和傘頂部的固定水槍
2、,泥渣水自傘頂中心的排渣管排出。本法在中國開灤建井工程處首次試用,下沉深度達(dá)30.1m。沉井法地下工程沉井法施工在土層中修筑地下建筑物的方法之一。沉井在施工期間是一個(gè)上無蓋、下無底的筒狀結(jié)構(gòu),通常用鋼筋混凝土制成,在其井壁的擋土和防水的圍護(hù)作用下,從井內(nèi)取土,借其自重使之下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。沉井多用作橋梁墩臺(tái)或重型工業(yè)建筑物的深基礎(chǔ),后來逐漸發(fā)展成為利用其內(nèi)部空間供生產(chǎn)使用或其他用途的地下建筑物。如各種泵房、地下沉淀池、水池、儲(chǔ)存槽、各種地下廠房或車間和倉庫(包括地下熱電站、地下油庫)、地下人防工程以及地下鐵道或水底隧道的通風(fēng)井、盾構(gòu)拼裝和拆卸井等。沉井的類型是指它的平面和立面形式,而其形式又決定
3、于使用要求。 沉井組成 一般由井壁、刃腳、隔墻、凹槽、封底(包括底板)和頂蓋等部分組成(圖1)。 井壁 沉井的外壁,是沉井的主要部分。它應(yīng)有足夠的強(qiáng)度,以便承受沉井下沉過程中及使用時(shí)作用的荷載;同時(shí)還要求有足夠的重量,使沉井在自重作用下能順利下沉。 刃腳 位于井壁的最下端,多做成有利于切入土中的形狀。此外,還要求有一定的強(qiáng)度,以免撓曲或損壞。刃腳下部的水平面稱為踏面,其寬度視土質(zhì)的軟硬和井壁重量、厚度而定。 隔墻 為了加強(qiáng)沉井的剛度,或由于使用需要設(shè)置隔墻。 凹槽 位于刃腳的上方,使混凝土底板能和井壁更好地連接。 封底 下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高
4、后,在沉井底面用素混凝土封底,作地下建筑物的基礎(chǔ),再在凹槽處灌筑鋼筋混凝土底板。 頂蓋 作為地下建筑物,在修筑好滿足內(nèi)部使用要求的各種結(jié)構(gòu)后,還要修筑頂蓋。 沉井法的施工 施工順序 先在建筑地點(diǎn)平整地面或筑島,分段(或一次)制作井筒;然后從井內(nèi)不斷取土,隨著土體的挖深,沉井因自重作用克服井壁和土體之間的摩擦力和刃腳下土的阻力而逐漸下沉;達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,用混凝土封底;并按使用要求修筑內(nèi)部結(jié)構(gòu);最后修筑頂蓋和出入口(圖2)。 施工方法 一般可分為制作和下沉兩個(gè)過程。根據(jù)不同情況和條件(如沉井高度、地基承載力、施工機(jī)械設(shè)備等),沉井可采取一次制作(灌筑),一次
5、下沉;分段制作、接高,一次下沉;或制作與下沉交替進(jìn)行。也有在陸上制作,浮運(yùn)至水中沉放地點(diǎn)后下沉和接高的浮式沉井施工。 為了將沉井重量擴(kuò)散到更大的面積上,避免沉井傾斜或不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫,對(duì)于大型沉井,當(dāng)表土地基承載力很低時(shí),于制作第一段沉井前,應(yīng)在地基表面鋪設(shè)砂墊層,并沿井壁周邊刃腳下鋪設(shè)承墊木。在沉井下沉之前,應(yīng)分區(qū)、依次、對(duì)稱、同步地將承墊木抽除。 沉井的下沉方法視沉井所穿過的土層和水文地質(zhì)條件而定。一般分為排水下沉和不排水下沉兩種。當(dāng)土質(zhì)透水性很小或涌水量不大時(shí),可采用排水(或不灌水)下沉;在沉井穿過涌水量較大的亞砂土或砂層時(shí),為了防止砂子涌入井中影響施工,則采用不排水(或灌水)下沉。
6、下沉?xí)r常采用抓斗或水力機(jī)械等方法取土。 沉井施工中的問題和防止措施 常遇到的問題有:突然下沉、涌砂、傾斜和偏移、沉不下去。防止突然下沉的方法有:適當(dāng)加大下沉系數(shù);控制挖土深度,即鍋底不要挖得太深;結(jié)構(gòu)上合理分隔,設(shè)置一定數(shù)量的底梁;采用泥漿套法或壁后壓氣法(見沉井基礎(chǔ)),以減小摩擦力等措施。涌砂的處理方法是向井內(nèi)灌水,使井內(nèi)水位恒大于井外地下水位。下沉?xí)r應(yīng)均勻?qū)ΨQ挖土,以防止沉井偏斜。若發(fā)生偏斜,可調(diào)整挖土先后次序和方法;采取偏心壓重,部分壁外沖水等措施。沉井設(shè)計(jì)和施工時(shí)通常用下沉系數(shù)(沉井施工階段自重與阻止下沉的井壁四周土的摩擦力、刃腳踏面阻力等的比值)估算沉井能否順利下沉,一般要
7、求下沉系數(shù)為1.101.25。當(dāng)下沉系數(shù)不滿足時(shí),要采取上述減小摩擦力的方法,以及增加重量等措施。如在下沉中發(fā)生重量不夠時(shí),也可采用壁外沖水和井內(nèi)抽水、加壓重、接高井壁等措施。 沉井在施工和使用階段,將受到土壓力、水壓力、浮力、摩擦力、底面反力、自重以及施工荷載等作用,沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)滿足各階段的受力要求,保證沉井結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度以及防水能力。 沉井法施工的特點(diǎn) 沉井下沉過程中無需設(shè)置坑壁支撐或板樁圍壁,與明挖法相比,簡(jiǎn)化了施工;可就地制作,所需機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單;作為地下建筑使用,其單體造價(jià)較低;主體部分的混凝土在地面上灌筑,質(zhì)量較易保證,整體剛度亦較大;防水可靠;且對(duì)鄰近建筑
8、物的影響較明挖法少。因此在一定場(chǎng)合下,沉井法是一種較好的方案。沉井法的創(chuàng)始井是人類取水、用水的地方。據(jù)呂氏春秋勿躬篇載伯益作井一說,我國大約在新石器時(shí)代后期才由伯益發(fā)明了鑿井技術(shù)。而那時(shí)所掘的均為土井,形似漏斗狀的土坑,一般比較淺,滲入的地下水既少,又易在天旱少雨的季節(jié)枯竭。大約經(jīng)過了一二千年漫長(zhǎng)歲月,到了春秋戰(zhàn)國時(shí)期,生活在江漢地區(qū)的楚國人把掘井技術(shù)大大提高了一步,其中所創(chuàng)造的沉井法影響更為深遠(yuǎn)。位于荊州城北五公里的楚都遺址紀(jì)南城,當(dāng)時(shí)是一個(gè)相當(dāng)繁華的都市,在其附近有許多手工業(yè)作坊。1976年,考古工作者在一處遺址發(fā)掘中,發(fā)現(xiàn)了大量的水井,有的井深7米以上,同時(shí)還出土了不少完整的陶器及大塊的
9、陶片、草木灰、木炭、紅燒土塊5等遺物。這顯然是一個(gè)燒制陶器的作坊區(qū),其水井是供伴泥用水制陶器而開鑿的。從遺址發(fā)掘的水井來看,除其有土井、竹圈井、木圈井外,數(shù)量最多的是陶圈井。這種陶圈井,是將制好的陶井圈一節(jié)一節(jié)地放入圓筒形的土坑內(nèi)構(gòu)成的,其陶質(zhì)以灰陶為主,也有紅陶,一般火候較高,陶質(zhì)堅(jiān)硬??脊虐l(fā)掘資料表明,陶圈井的建造是首先燒制好陶井圈,其圈一般高約80厘米,直徑約80厘米左右,圈壁口比中部稍厚,約15至3厘米,形如一個(gè)沒有上下底的大圓筒。為造井時(shí)便于提系搬運(yùn)及地下水能滲入井內(nèi),在井圈壁的中部制有兩個(gè)對(duì)稱的小圓孔。其次,挖掘井時(shí),圓洞的直徑要比陶井圈稍大。當(dāng)達(dá)到一定的深度便放入一節(jié)陶井圈,然后
10、在井圈內(nèi)繼續(xù)下挖,并取出泥土,使之陶井圈漸漸下沉,進(jìn)而到一定深度時(shí)又從井口放入第二節(jié)陶井圈,與第一節(jié)陶井圈相連接。這樣如此反復(fù),一直挖到所預(yù)定的深度。再次,用井字形或其它形式的木框架從下面托住井圈,并在底部鋪上一些竹席、蘆葦?shù)炔牧掀疬^濾作用,使水保持干凈,以防井底淤塞。由此最后一道工序,陶圈井的建造工程就千結(jié)束。這種陶圈井在開掘時(shí)不必象土井那樣上口的直徑要挖得很大,可減少施工量,并因陶井圈的作用,不僅可保護(hù)掘好的井壁不易崩塌,防止流沙,還可開挖得比土進(jìn)深,水源也隨之豐富,不會(huì)在干旱的季節(jié)干枯。楚人所創(chuàng)建的陶圈井,從其建造的過程可看出,是一種將陶井圈隨著井筒的開掘而逐步下沉的掘井方法,較之現(xiàn)代工
11、程中稱之為沉井法的施工方法,其基本原理如出一轍。雖然現(xiàn)代用的沉井是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),但外形一般均為圓筒形,與楚國的陶井圈相似。在施工時(shí),同樣要在選定的位置上筑好井筒,并在井筒內(nèi)挖土使之下沉,到一定的深度后再從上部連接新的井筒,如此反復(fù),直到預(yù)定的深度為止。若是在水中施工,只是先在岸上筑好井筒,在筒的下面加一個(gè)臨時(shí)性的底板,待運(yùn)到選定的位置后,拆去底板使之下沉,然后抽去積水,再在井筒內(nèi)挖土使井筒下沉,余下的工序同地面施工一樣。現(xiàn)代一些重要的橋梁施工,在建造橋墩時(shí)采用所謂氣壓沉箱法,應(yīng)該說是沉井法的一種改進(jìn),或者說是在沉井法的基礎(chǔ)上的一咱技術(shù)革新。陶圈井是人類鑿井技術(shù)的重要發(fā)展。從其現(xiàn)代的沉井法
12、,以及氣壓沉箱法的施工技術(shù)原理,追溯到兩千多年楚國勞動(dòng)人民所創(chuàng)建的這種陶圈井,可看出其中的淵源關(guān)系。企業(yè)沉井施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1一般規(guī)定1.1 沉井施工前應(yīng)具備工程地質(zhì)鉆探資料、水文資料并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)沉井進(jìn)行施工計(jì)算。1.2 沉井施工前應(yīng)編制施工專項(xiàng)方案并向施工人員進(jìn)行交底,并留有交底紀(jì)錄。1.3 沉井下沉前,應(yīng)對(duì)周圍的建筑物、構(gòu)筑物和地下管線采取有效的保護(hù)措施,并在下沉過程中進(jìn)行監(jiān)視測(cè)量。1.4 沉井所用的材料應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn),合格并取得監(jiān)理工程師同意后方可用于工程施工。1.5 施工前應(yīng)制定工程施工的應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行演練。2沉井的類型及特點(diǎn)沉井的類型及特點(diǎn)見表2-1沉井的類型特點(diǎn)按沉井的橫截面形狀劃分圓
13、形單孔沉井井筒的受力合理,下沉?xí)r所受的摩阻力小,對(duì)沉井周圍土體擾動(dòng)小,內(nèi)部空間有時(shí)不能充分利用。矩形單孔沉井矩形的四角有應(yīng)力集中現(xiàn)象,空間面積可合理使用,下沉?xí)r易傾斜。橢圓形、菱形沉井、矩形多孔沉井對(duì)水流的阻力較小,有利于抵抗流水,在沉井內(nèi)設(shè)幾道縱、橫交叉的內(nèi)隔墻,使沉井成為剛度較好的空間結(jié)構(gòu),適用于平面尺寸大而重的地下構(gòu)筑物。這種形狀利于沉降均勻下沉。按其豎向剖面形狀劃分錐形沉井井筒下沉?xí)r所受周圍土的摩阻力較小,必要時(shí)還可以在土體與井筒外壁間灌注觸變泥漿、以減小井筒所受的摩阻力,井筒下沉?xí)r對(duì)其周圍的土體擾動(dòng)較大。柱形沉井井筒的整個(gè)水平斷面幾何形狀及尺寸相同,下沉?xí)r對(duì)井筒周圍的土體擾動(dòng)較小,但
14、所受摩阻力較大階梯形沉井適用于沉井自重比較大、土質(zhì)松軟、預(yù)防沉井下沉過快的情況,或?yàn)榱藴p薄井筒筒壁,以節(jié)省材料。3 沉井的施工計(jì)算 整體穩(wěn)定是指由于井內(nèi)、外土體的高差達(dá)到一定程度后,井外土體在自重的作用下擠入井內(nèi)而造成周圍土體和沉井一起下沉。對(duì)軟土地質(zhì)應(yīng)進(jìn)行整體穩(wěn)定的計(jì)算。 驗(yàn)算采用瑞典條分法進(jìn)行,計(jì)算土體穩(wěn)定示意圖見下圖;計(jì)算公式采用:KsRWisiniR(cliWiconitan)I1nnI1式中 Ks穩(wěn)定安全系數(shù);R圓弧的半徑,(m); L弧長(zhǎng),(m); W滑動(dòng)土塊的重量,(KN);C粘聚力,Kpa;土的內(nèi)摩擦角,度;i第i土條底面中點(diǎn)的法線與豎直線的夾角,度;如驗(yàn)算不能滿足要求,應(yīng)采用
15、攪拌樁或白灰樁對(duì)基底進(jìn)行加固處理,處理后方可進(jìn)行沉井的施工。沉井下沉?xí)r,作用在沉井外壁上的土的摩阻力及其沿筒高的分布,應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)水文條件、井筒的外形及施工方法確定。、極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的分布1、筒柱形沉井極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的分布見圖:2、外壁呈階梯形極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的分布見圖:3.2.2極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的確定 施工現(xiàn)場(chǎng)各土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)由勘察單位通過試驗(yàn)確定并提供勘察報(bào)告。沒有勘察報(bào)告的可按土壤的類別按下表估算:序號(hào)土壤的類別f(Kpa)序號(hào)土壤的類別f(Kpa)1234砂卵石砂礫石砂土硬塑粘性土1830152012252550567可塑軟塑粘性土流塑粘土、粘土泥漿套12251
16、0153522。土體作用在沉井上的摩阻力的計(jì)算土體作用在沉井上的摩阻力可按下式計(jì)算:1、 筒柱形沉井 TfDhifi, 式中:D沉井的外徑(m); hii土層的厚度(m); fii土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;對(duì)地面以下5米范圍內(nèi)為平均值(Kpa)。2、 外壁呈階梯形 TfD1h1ifiD2h2ifi, 式中:D1階梯沉井下部的外徑(m); D2階梯沉井上部的外徑(m);H1i階梯下部i土層的厚度(m);H2i階梯上部i土層的厚度(m); fii土層的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值;對(duì)地面以下5米范圍內(nèi)為平均值(Kpa)。沉井按自重下沉?xí)r,計(jì)算公式如下: GPfw/TfKs;式中:G沉井自重(KN); Pfw沉井
17、承受的水的浮托力(KN); Tf沉井外壁承受的土的總摩擦力(KN); Ks下沉系數(shù)。Ks1.05,當(dāng)沉井在軟土層中下沉?xí)r,宜取1.05;在其他一般土層中下沉?xí)r,宜取1.15。抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的最高水位進(jìn)行計(jì)算,公式如下: Kw(G0.5 Tf)/ Pfw1.25;式中:G沉井自重(KN); Tf沉井外壁的總摩阻力(KN); Pfw沉井承受的浮力(KN);采用不排水下沉?xí)r,為沉井壁浸入水或泥水中的體積乘以水或泥水的比重;排水封底后,為沉井浸入地下水面的體積。 Kw沉井抗浮安全系數(shù)。一般取Kw1.25。 沉井下沉封底后,由于使用的需要,常開挖進(jìn)、出水管道的基槽,或由于其他原因造成的沉井側(cè)
18、面土壓力不均勻,因此需作抗滑移和抗傾覆計(jì)算,計(jì)算簡(jiǎn)圖見右圖??够朴?jì)算抗滑移計(jì)算公式如下:Kp(EpTf)/Ea;式中:被動(dòng)土壓力利用系數(shù)。施工階段取0.8,使用階段取0.65;Ea沉井外較高側(cè)單位長(zhǎng)度上的主動(dòng)土壓力(KN/m);Ep沉井外較高側(cè)單位長(zhǎng)度上的被動(dòng)土壓力(KN/m);Tf沉井底與土面間單位長(zhǎng)度上的摩阻力(KN/m);Tffu×G/Lfu摩擦系數(shù),futg;G沉井自重(KN);L垂直于D方向的長(zhǎng)度(m)。EaH2Ka/22cH2c2/;EpH2Kp/22cH;tg2(452/2);tg2(452/2);式中:土的重度(KN/m3); H沉井外側(cè)較高土體的高度(m); h沉
19、井外側(cè)較低土體的高度(m);土的內(nèi)摩擦角(度); c土的凝聚力(Kpa)??箖A覆計(jì)算抗傾覆計(jì)算按下式公式進(jìn)行: KqMk/Ma1.5;式中:Mk沉井抗傾覆彎矩之和(KN.m);Ma沉井傾覆彎矩之和(KN.m)。含水層為均質(zhì)土?xí)r: QKsUq;式中:Q-沉井總滲水量,m3/h; s-地下水面至沉井底面的距離,m; U-沉井刃腳周長(zhǎng),m; q-單位滲流量,即每延米刃腳周長(zhǎng)在單位水頭(等于1)作用下,當(dāng)滲透系數(shù)為1時(shí)的滲流量,其值可由上圖查得,m3/h; K-滲透系數(shù),m/h。缺地質(zhì)水文資料時(shí):QAq;式中:A-沉井底面積,m2; q-沉井每平方米底面積平均滲流量(見下圖),m3/h?;酌婷科椒矫?/p>
20、的滲水量序號(hào)土類土的特征及粒徑滲水量(m3/h)1細(xì)粒土質(zhì)砂,松軟粉質(zhì)土2較密實(shí)的粘質(zhì)土有空隙水的粘質(zhì)土層3粘土質(zhì)砂、黃土層、緊密礫石土0.25mm,大孔土質(zhì)量800kg/m3950kg/m3,礫石土空隙率在20%以下4中粗砂、利礫砂層1.00mm,礫石含量在30%以下,平均粒徑10mm以下,5粗粒砂、礫石層2.50mm,礫石含量在30%70%以下,平均最大粒徑150mm以下,1、承載力的驗(yàn)算1)、承載力驗(yàn)算公式承載力的驗(yàn)算按下式進(jìn)行 Rq,式中:R砂墊層的允許承載力(Kpa),q素混凝土墊下的均布荷載KN/m2。2)、砂墊承載力的計(jì)算砂墊承載力特征值的計(jì)算公式fambbmdmdmcck;式中
21、:fa地基承載力特征值(Kpa); mb、md、mc承載力系數(shù),按k值由下表查??; b基礎(chǔ)底面寬度(m),對(duì)于砂土小于3m時(shí)按3m取值;基礎(chǔ)底面以下土的重度KN/m3;m基礎(chǔ)底面以上土的加全平均重度KN/m3;d基礎(chǔ)埋深(m);ck,k基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力(Kpa)、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值(0)。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確定的相對(duì)密度,按右圖進(jìn)行內(nèi)摩擦角的計(jì)算。2、砂墊層厚度、寬度的計(jì)算1)、砂墊層厚度的計(jì)算采用下式進(jìn)行砂墊層厚度的計(jì)算:PG0/(L2hstan)shs;式中:P砂墊層下地基土的承載力(KN/m2); G0沉井下沉前單位長(zhǎng)度的重量(KN); L素混凝土承墊層的寬度(m);h素混凝土承
22、墊層的厚度(m); hs砂墊層的厚度(m);砂墊層的壓力擴(kuò)散角(0),s砂的重度(KN/m3),一般為s18KN/m3。砂墊層厚度的計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖32)、砂墊層寬度的計(jì)算采用下式進(jìn)行砂墊層寬度的計(jì)算BL2hstan且Bb2L式中:b沉井刃腳踏面的寬度(m), B砂墊層底面的寬度(m), L混凝土墊的寬度(m)。采用素混凝土墊時(shí),根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500102002附錄A的規(guī)定,應(yīng)進(jìn)行抗壓和抗彎強(qiáng)度計(jì)算。1、抗壓強(qiáng)度計(jì)算 抗壓強(qiáng)度采用下式進(jìn)行計(jì)算:NfccAc, 式中: N軸向壓力設(shè)計(jì)值,即素混凝土墊上的荷載設(shè)計(jì)值(N);素混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù);(本工程取1) fcc素混凝土軸心抗壓強(qiáng)度
23、設(shè)計(jì)值(Mpa),(fc×0.8取用) Ac混凝土受壓區(qū)的面積(mm2);fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(Mpa)。2、抗彎強(qiáng)度計(jì)算 抗彎強(qiáng)度采用下式進(jìn)行計(jì)算 MfctW,式中:M彎矩設(shè)計(jì)值,即由沉井單位長(zhǎng)度自重和模板等引起的地基反力對(duì)素混凝土墊產(chǎn)生的最大彎矩; fct素混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(Mpa),(ft×0.55取用) W抗彎截面系數(shù)。ft混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(Mpa)。3、荷載產(chǎn)生的彎矩的計(jì)算 按均布荷載倒T梁進(jìn)行計(jì)算, MqL2/2式中:M單位長(zhǎng)度上由沉井自重、模板等產(chǎn)生的彎矩KN.m;q單位長(zhǎng)度上由沉井自重、模板等在混凝土墊下部產(chǎn)生的均布反力KN/m2;
24、L混凝土墊懸臂最大長(zhǎng)度(m)。計(jì)算簡(jiǎn)圖見右圖。4沉井施工沉井在地面上施工時(shí),為了減少下沉的深度,一般在沉井制作前開挖基坑,基坑的位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的坐標(biāo)確定,基坑底的平面尺寸應(yīng)滿足施工的需要?;拥酌嫠闹軕?yīng)設(shè)斷面不小于30cm×30cm的排水溝,并接入基坑內(nèi)的集水井中,集水井應(yīng)比排水溝深50cm,用排水泵將集水井內(nèi)的水排到基坑外指定的地方?;娱_挖的深度應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、地下水位、現(xiàn)場(chǎng)施工條件等確定。沉井在淺水中施工時(shí),可采用無圍堰人工筑島法和有圍堰人工筑島法,作為沉井制作和下沉的場(chǎng)地。 1、無圍堰人工筑島法,即土島。當(dāng)在水深較淺(小于2m),流速較?。ㄐ∮?s)時(shí),水中筑島宜采用填土筑島。填
25、筑的方法為從島的設(shè)計(jì)位置中間開始向水中填土,逐步向四周擴(kuò)展;在靠近岸邊的半島水中筑島時(shí),應(yīng)從岸邊平行向前推進(jìn)填筑。筑島材料宜用粘土、砂質(zhì)粘土、中粗砂等,不得使用細(xì)砂、淤泥和大塊礫石等。 2、有圍堰人工筑島法,圍堰的構(gòu)造應(yīng)簡(jiǎn)單,強(qiáng)度、穩(wěn)定性、防沖和防滲應(yīng)符合設(shè)計(jì)的要求,并便于施工、維修和拆除。常用的有草袋圍堰、板樁圍堰、石籠圍堰等。沉井地基處理 1、當(dāng)?shù)鼗休d力不能滿足制作沉井的需要時(shí),刃腳下應(yīng)鋪設(shè)墊木或混凝土承墊層,并根據(jù)計(jì)算決定是否在其下鋪砂墊層。 2、當(dāng)?shù)鼗休d力可以滿足制作沉井的需要時(shí),可采用土胎模或磚模做刃腳。刃腳的制作 1、刃腳的支模 沉井刃腳的支模方法視沉井自重、施工荷載和地基土的
26、承載力等情況,分為墊木支模、混凝土承墊層支模和土模,其適用范圍見下表:支模方法適用范圍墊模支模適用較大較重的沉井,在軟土的地基上制作混凝土墊支模適用于中、小沉井的制作土模適用于土質(zhì)好,重量輕的小型沉井3、 井壁的制作 1)、模板施工 模板一般采用18cm厚的膠合板;6×8cm;用1216螺栓對(duì)拉固定。有抗?jié)B要求的,在螺栓中間應(yīng)設(shè)止水板。 2)、鋼筋 (1)、鋼筋的加工應(yīng)符合設(shè)計(jì)的要求,設(shè)計(jì)無要求時(shí),應(yīng)按城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范CJJ22008的規(guī)定進(jìn)行。(2)鋼筋的連接應(yīng)符合設(shè)計(jì)的要求,設(shè)計(jì)無要求時(shí),應(yīng)按城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范CJJ22008的規(guī)定進(jìn)行。(3)、鋼筋的安
27、裝可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況和運(yùn)輸條件,先分部預(yù)制成鋼筋骨架或鋼筋網(wǎng)片,入模后再焊接或綁扎成整體骨架。并應(yīng)符合城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范CJJ22008的有關(guān)規(guī)定。 3)、混凝土 (1)、應(yīng)將沉井井壁四周分成若干段,澆筑混凝土?xí)r應(yīng)對(duì)稱、均勻、分層進(jìn)行,避免高差懸殊,壓力不均勻造成地基不均勻下沉或產(chǎn)生傾斜。 (2)有抗?jié)B要求時(shí),應(yīng)按設(shè)計(jì)采用抗?jié)B混凝土。上、下節(jié)井壁的施工縫要處理好,以防滲水。施工縫可作成凹式或凸式。施工縫處鑿毛并沖洗干凈后,先澆一層砂漿,然后再繼續(xù)正常澆筑混凝土。4)、允許偏差項(xiàng)目允許偏差平面尺寸長(zhǎng)寬±0.5%,且不得大于100mm曲線部分半徑±0.5%,且不得大于5
28、0mm兩對(duì)角線差對(duì)角線長(zhǎng)的1%井壁厚度±15mm沉井下沉準(zhǔn)備1、當(dāng)沉井井筒的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上時(shí),方可拆除模板、承墊層進(jìn)行下沉。2、沉井下沉前,應(yīng)封堵井壁全部預(yù)留孔洞,對(duì)較大的孔洞可用水泥砂漿砌磚封堵,并在靠土的一側(cè)用水泥砂漿抹平。3、沉井下沉前應(yīng)檢查降、排水效果,符合設(shè)計(jì)要求后方可開始下沉。4、放線定位:沉井下沉前先在內(nèi)外井壁上各對(duì)稱彈出4條垂線,以測(cè)定沉井下沉?xí)r的傾斜度。在沉井內(nèi)部4條垂線的頂端懸掛垂球,并在刃腳處設(shè)標(biāo)盤,觀察沉井偏斜度,以便及時(shí)糾偏。在沉井外壁沿4條垂線繪制水平測(cè)量標(biāo)尺,并在基坑的相對(duì)位置設(shè)水平指示標(biāo)尺,以此測(cè)定沉井的下沉量及下沉偏差。破墊 抽除
29、墊木或破除混凝土墊層之前,應(yīng)對(duì)墊木或混凝土墊層進(jìn)行分組編號(hào),從沉井平面上互相垂直的兩條軸線等距點(diǎn)開始,同時(shí)分組,依次對(duì)稱的向軸線方向抽出墊木或破除混凝土墊層。1 如沉井內(nèi)有內(nèi)隔墻時(shí),應(yīng)先抽出內(nèi)隔墻下墊木或破除墊層,然后再抽除外墻墊木或破除墊層。2 破墊的方法是分段將墊木底部的土挖空抽出并用砂填實(shí),或?qū)⒒炷翂|破除并用砂填實(shí)。 3 施工時(shí)必須有專人指揮、互相協(xié)調(diào)、各段進(jìn)度一致,并連續(xù)作業(yè)直至完成。下沉根據(jù)沉井處的地質(zhì)、水文情況,施工現(xiàn)場(chǎng)已有建筑物、構(gòu)筑物和地下管線的要求,施工隊(duì)伍的施工能力等方面可采用不排水下沉或排水下沉的施工方法。1 排水挖土下沉 1)、排水 (1)井點(diǎn)降水 降水深度在6m以內(nèi)
30、可采用輕型井點(diǎn)進(jìn)行降水,超過6m應(yīng)采用深井降水。井點(diǎn)的布置應(yīng)沿沉井的四周,布置的數(shù)量應(yīng)通過計(jì)算確定。 (2)明溝集水井排水 明溝集水井排水同基坑排水。 2)、挖土 (1)施工機(jī)械 一般采用人工挖土,吊車垂直提升運(yùn)土,或使用抓斗挖土機(jī)、長(zhǎng)臂挖土機(jī)挖土,自卸車運(yùn)土。(2)挖土方法應(yīng)分層進(jìn)行挖土,每層厚度約為30cm,應(yīng)從中央向四周挖土,中央部分的土面應(yīng)始終低于四周土面30cm以上;雙孔和多孔沉井中的土面應(yīng)相平,其高差不大于20cm。沿刃腳內(nèi)壁應(yīng)保留土臺(tái),土臺(tái)的寬度可根據(jù)土質(zhì)決定,一般為1m左右。沉井下沉?xí)r,按平面軸線的位置逐層沿四周挖去土臺(tái)。當(dāng)土臺(tái)經(jīng)不住沉井刃腳的擠壓時(shí)土體破壞塌落,沉井便均勻地下
31、沉,每次下沉宜控制在20cm左右。在挖除刃腳附近和刃腳下部的土?xí)r要求對(duì)稱均勻,挖土的速度要相同,土面高程要保持一致(糾偏時(shí)除外)。2不排水挖土下沉 當(dāng)沉井在水中施工,或沉井穿過的土層不穩(wěn)定、涌水量較大,或防止由于沉井施工降水而影響附近建筑物、管線的穩(wěn)定時(shí),一般采用帶水下沉施工方法。1) 施工機(jī)械和施工方法(1) 抓土下沉 用吊車吊抓斗挖掘井底中央的土,使之形成鍋底狀。在砂或砂礫石類土中,當(dāng)鍋底比刃腳底1時(shí),沉井可靠自重下沉,同時(shí)將刃腳下的土擠向井中央,再從井中央挖土,則沉井可繼續(xù)下沉。若土質(zhì)為粘土,刃腳下土不易向中央塌落,應(yīng)配以射水松土。(2) 吸泥下沉 采用吸泥機(jī)除土適用于砂、砂夾卵石、粘砂
32、土等土層。在粘土、膠結(jié)層及風(fēng)化巖層中,當(dāng)用高壓射水沖碎土層后,用吸泥機(jī)吸出碎塊。 吸泥機(jī)有水力吸泥機(jī)、水力吸石筒及空氣吸泥機(jī),應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定采用。 沉井內(nèi)采用吸泥除土?xí)r,通常用吊機(jī)或吊架等維持其在懸吊狀態(tài)管身垂直,并能在井內(nèi)移動(dòng)。吸泥時(shí),吸泥管口離泥面的高度可以上下調(diào)整,一般情況下為,以保持最佳效果。吸泥時(shí)應(yīng)經(jīng)常變換位置,增加吸泥效果,并使井底泥面均勻下降,防止沉井偏斜??拷心_及隔墻下的土層,如不能向中間鍋底自行坍落時(shí),可用高壓射水趕向中間后再行吸出。 當(dāng)沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高,經(jīng)觀測(cè)8h累計(jì)下沉量不大于10mm時(shí),即應(yīng)進(jìn)行沉井封底,沉井封底的施工方法有排水封底和不排水封底。排水封底
33、 1、施工準(zhǔn)備 1)、當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,井內(nèi)繼續(xù)降水,地下水位在基底以下不少于,清除井底余土,整平土基,使土基由沉井內(nèi)壁四周向集水井傾斜,在集水井處為最低點(diǎn)。 2)、由集水井向井壁四周輻射挖排水溝,然后在土基上鋪510cm粗砂或細(xì)石,在其上及排水溝底和壁上鋪土工布,在土工布上及排水溝內(nèi)填鋪碎石濾料,使沉井底的地下水通過濾料層及排水盲溝匯集到集水井中用泵排出。 3)、為防止?jié)仓|層混凝土?xí)r污染濾料,以及防止新澆筑的混凝土在凝固前被地下水沖刷,應(yīng)在濾料上鋪土工布或塑料布,作為混凝土和濾料的隔離層,在隔離層上澆筑混凝土墊層和鋼筋混凝土底板。墊層和底板應(yīng)留出集水井的位置,待強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)封底。2
34、、施工方法1)、法蘭盤短管封底法 澆筑沉井底板混凝土?xí)r,在集水井處預(yù)埋帶止水環(huán)的法蘭鋼管,其內(nèi)徑一般為60cm左右。法蘭鋼管盤面的高程,應(yīng)低于底板混凝土面2030cm,從法蘭鋼管中排除地下水。待底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,且滿足抗浮要求時(shí),停止抽水,將排水泵從法蘭鋼管中拔出,并迅速蓋上法蘭蓋和止水墊圈,用螺栓擰緊至不漏水。然后將該處底板混凝土補(bǔ)齊。補(bǔ)澆混凝土前應(yīng)將新舊混凝土接茬處沖洗干凈。2)、快硬水泥封底法 當(dāng)?shù)叵滤克枯^少,集水井內(nèi)的地下水抽干后,水面上升到土基的時(shí)間在4h以上時(shí),可不使用法蘭鋼管,而采用直接封底法,即在排凈集水井內(nèi)的地下水后,用快硬水泥拌制的混凝土,或摻入速凝劑的混凝土
35、(控制終凝時(shí)間少于4h),將集水井處預(yù)留的墊層和混凝土底板鋪上。在補(bǔ)澆混凝土前應(yīng)將新舊混凝土接茬處沖洗干凈,剔除浮石、雜物,以利于新舊混凝土的結(jié)合。 不排水封底1、施工準(zhǔn)備1)、封底前,應(yīng)將基底的浮泥、沉積物和風(fēng)化巖塊等清除干凈。如沉井基底為軟土?xí)r,應(yīng)鋪碎石墊層。2)、在沉井封底前,應(yīng)檢查封底用的設(shè)備、材料、運(yùn)輸工具等是否準(zhǔn)備齊全、完好。2、施工方法 一般采用混凝土導(dǎo)管法施工。導(dǎo)管的數(shù)量、位置和導(dǎo)管上漏斗箱的容積等,均應(yīng)根據(jù)沉井底的面積大小、形狀及導(dǎo)管灌注的半徑等計(jì)算確定。1)、導(dǎo)管 導(dǎo)管為鋼制法蘭短管連接而成,直徑為200300mm;導(dǎo)管應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和鋼度,導(dǎo)管內(nèi)壁應(yīng)光滑,內(nèi)徑一致,短管接
36、頭應(yīng)密封良好,不漏水,且便于拆裝。2)、導(dǎo)管的放置 在澆筑水下封底混凝土前,將混凝土導(dǎo)管按預(yù)先設(shè)定的位置準(zhǔn)確地放入沉井內(nèi)。導(dǎo)管的下端距井底土基的距離,當(dāng)采用球塞時(shí),應(yīng)比球塞直徑大510cm;采用隔板或扇形活門時(shí),其距離宜不大于10cm。導(dǎo)管的有效半徑一般為3m左右,其布置應(yīng)使各導(dǎo)管的澆筑面積互相覆蓋,拐角或空白處可加設(shè)導(dǎo)管。在導(dǎo)管內(nèi)用鋼絲吊住安放略小于導(dǎo)管直徑的球塞(球塞為混凝土或木料制成),然后向?qū)Ч芄嘧⒒炷?,每根?dǎo)管及漏斗內(nèi)均應(yīng)儲(chǔ)備足夠的混凝土量,以便在開始澆筑后,能夠盡快地一次將導(dǎo)管口埋住。剪斷鋼絲,使混凝土隨球塞從導(dǎo)管口排出。當(dāng)為木制球塞時(shí),則球塞浮到水面上。3)、混凝土的澆筑方法
37、水下混凝土封底的澆筑順序應(yīng)從低處開始,逐漸向?qū)Ч苤車鷶U(kuò)大。每根導(dǎo)管的混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑,直到完成,不得間斷。隨著澆筑混凝土,逐步提升導(dǎo)管,當(dāng)導(dǎo)管漏斗提升到最大高度時(shí),可拆卸上部的短管。導(dǎo)管埋入混凝土的深度 宜始終保持1m左右。各導(dǎo)管間混凝土澆筑面的平均上升速度不應(yīng)小于/h;相鄰導(dǎo)管間混凝土面上升速度宜相同,澆筑的混凝土面應(yīng)略高于設(shè)計(jì)高程。當(dāng)井內(nèi)有隔墻、底梁及混凝土供應(yīng)量不能滿足全部井底澆筑時(shí),應(yīng)分格澆筑。4)、抽水 在水下封底混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定,且沉井能滿足抗浮要求時(shí),方可將井內(nèi)水抽出。 井內(nèi)的水抽凈后,應(yīng)檢查封底混凝土是否有滲水處,如有應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)至不滲漏,然后將混凝土表面的松散層剔除,并
38、按設(shè)計(jì)高程將混凝土整平。5 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目允許偏差項(xiàng)目水準(zhǔn)線路測(cè)量高程閉合差平地山地±20(mm)±6(mm)導(dǎo)線測(cè)量方位角閉合差±40(mm)導(dǎo)線測(cè)量相對(duì)閉合差1/3000直線丈量測(cè)距兩次較差1/50005.2 沉井制作允許偏差項(xiàng)目允許偏差平面尺寸長(zhǎng)、寬±0.5%,且不得大于100mm曲線部分半徑±0.5%,且不得大于50mm兩對(duì)角線差對(duì)角線長(zhǎng)的1%井壁厚度±15mm5.3 沉井下沉完畢的允許偏差項(xiàng)目允許偏差刃腳平均高程與設(shè)計(jì)高程的偏差100mm刃腳平面軸線位置偏差,下沉總深度H10m時(shí)1/100H(mm)刃腳平面軸線位置偏差,下沉總
39、深度H10m時(shí)100mm沉井四角中任何兩角底面高差,兩角距離B10m時(shí)1/100B且300mm沉井四角中任何兩角底面高差,兩角距離B10m時(shí)100mm5.4 沉井混凝土強(qiáng)度的檢驗(yàn) 沉井混凝土強(qiáng)度的檢驗(yàn)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)試模做試塊,每次應(yīng)做三組試塊并按規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。試塊28d的抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。6質(zhì)量的控制沉井井筒垂線傾斜度的觀測(cè) 觀測(cè)方法:觀測(cè)在井筒內(nèi)壁預(yù)先設(shè)定的4個(gè)垂球的錐尖,是否分別在相對(duì)應(yīng)位置上的標(biāo)盤中心;當(dāng)井筒發(fā)生偏斜時(shí),垂球錐尖就偏離標(biāo)盤中心點(diǎn),垂球吊線就偏離井筒內(nèi)壁上的垂線。根據(jù)垂球偏離標(biāo)盤中心及偏離井筒內(nèi)壁的垂線的方位和大小進(jìn)行糾偏。一般在沉井每次下沉前后各觀測(cè)一次。 沉井刃腳踏面
40、高程及下沉量的觀測(cè) 觀測(cè)方法:利用在沉井外地面上軸線位置處預(yù)先設(shè)置的水平標(biāo)尺,分別測(cè)出下沉?xí)r刃腳踏面的高程,前、后兩次分別測(cè)得的刃腳踏面的高程差,即下沉量;刃腳踏面下沉前高程減去測(cè)得下沉?xí)r踏面高程即總下沉量。同時(shí)兩個(gè)相對(duì)點(diǎn)高差讀數(shù)之正、負(fù)差,也表示沉井井筒傾斜的方向及傾斜程度。一般上述觀測(cè)在每次下沉前、后各一次。 井筒傾斜度的測(cè)量 一般用水準(zhǔn)儀或激光水平儀觀測(cè)在井外壁事先設(shè)置的4個(gè)對(duì)稱點(diǎn)的高程,然后算出踏面的高程,用相對(duì)稱點(diǎn)的高程差算出井筒傾斜角。沉井傾斜 1、原因分析 1)、沉井四周土質(zhì)軟硬不均; 2)、沒有均勻挖土,使沉井內(nèi)高差懸殊; 3)、刃腳一側(cè)被障礙物攔??; 4)、沉井外面有棄土或堆
41、物,井上附加荷載分布不均造成對(duì)井壁的偏壓。 2、糾正方法 1)、由沉井四周土質(zhì)軟硬不均和沒有均勻挖土引起的傾斜可采用三種方法進(jìn)行糾偏。 (1)、挖土糾偏:通過調(diào)整挖土的高差,及調(diào)整沉井刃腳處保留土臺(tái)的寬度進(jìn)行糾偏; (2)、射水糾偏:采用向下沉較慢一側(cè)的沉井井筒外部沿外壁四周注射壓力水,使該處的土成為泥漿,以減少土的抗力;泥漿還起潤(rùn)滑作用,減少沉井外壁與土之間的摩擦阻力,促使沉井較高的一側(cè)迅速下沉。 (3)、局部增加荷載糾偏:在井筒較高的一側(cè)增加荷載(一般采用鐵塊、砂石袋加壓),或用振動(dòng)機(jī)振動(dòng),促使井筒較高側(cè)較快下沉。 2)、因刃腳一側(cè)被障礙物攔住引起沉井傾斜的糾偏方法 (1)、如遇較小孤石,
42、可將四周土掏空后將孤石取出;較大孤石可用風(fēng)動(dòng)工具或松動(dòng)爆破方法將大孤石破碎成小塊取出; (2)、不排水下沉?xí)r,爆破孤石除打眼爆破外,也可用射水管在孤石下面掏洞,裝藥將孤石破碎。 3)、沉井外面有棄土或堆物,井上附加荷載分布不均造成的傾斜,其糾偏方法為: (1)、將井外棄土或堆物清除; (2)、調(diào)整井上附加荷載的位置,使荷載均勻。沉井位移1、原因分析 沉井發(fā)生位移大多是由傾斜引起的,當(dāng)發(fā)生傾斜和糾正傾斜時(shí),井身常向傾斜一側(cè)的下部增加較大的壓力,因而產(chǎn)生一定位移。2、糾正方法1)、控制沉井不再向偏移的方向傾斜;2)、有意使沉井向偏移的相反方向傾斜,當(dāng)幾次傾斜糾正后,即可恢復(fù)到正確位置。針對(duì)沉井基礎(chǔ)
43、施工技術(shù)研究的探討 1、沉井施工技術(shù)原理沉井基礎(chǔ)是一個(gè)井筒狀的結(jié)構(gòu)物,它是從井內(nèi)挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高,然后采用混凝土封底并添塞井孔,使其成為建筑物的基礎(chǔ),沉井基礎(chǔ)由于埋置深度可以很大,整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好,有較大的承載面積,能承受較大的垂直載荷和水平載荷;沉井既是基礎(chǔ),又是施工時(shí)的擋土和擋水的圍堰結(jié)構(gòu)物。施工工藝并不復(fù)雜。沉井施工順序包括施工前的準(zhǔn)備工作三通一平(地基處理)、開挖基坑、沉井制作、沉井下沉、沉井封底、封頂?shù)戎饕┕すば颍旅鎸⒃敿?xì)介紹沉井的施工技術(shù): 2、沉井制作 2.1 準(zhǔn)備工作首先沉井施工場(chǎng)地要平整,平整范圍要大于沉井外側(cè)面1
44、m到3m,場(chǎng)地整平后進(jìn)行放線定位,定位要準(zhǔn)確,并經(jīng)驗(yàn)收合格后才能正式施工。 2.2 鋪墊木、立底節(jié)沉井模板和綁扎鋼筋沉井通常是在原位制作,可采用如下不同方法: 墊木法 先在場(chǎng)地上鋪一層厚約0.5m的砂墊層(以方便抽取墊木)。在砂墊層上的刃腳處對(duì)稱的鋪設(shè)適當(dāng)?shù)膲|木,再在墊木之間添實(shí)砂土,然后按照設(shè)計(jì)的尺寸立模、澆筑第一節(jié)底節(jié)沉井。 無墊未法 在均勻土層上,可采用無墊木法。澆筑一層與沉井井壁等厚的混凝土,代替墊木和砂墊層。澆的混凝土位于刃腳的下方,其作用是保證沉井在制作過程中和開始下沉?xí)r處于垂直方向。 土模法如地基為均勻的粘性土。則可采用土模法制作沉井。土模法分兩種,填土內(nèi)模:即先用粘土、粉質(zhì)粘土按照刃腳及隔墻的形狀和尺寸分層填筑夯實(shí),修整表面使之與設(shè)計(jì)相符。挖土內(nèi)模:當(dāng)?shù)叵滤坏?,土質(zhì)較好時(shí),可采用挖土內(nèi)模。在刃腳部位,按照設(shè)計(jì)的尺寸,開挖基槽,以地基土作為天然模板。2.3 澆筑混凝土
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